JP6998648B2 - スプリング組立体及びそれを備えたトルクコンバータのロックアップ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、スプリング組立体、特に、捩り振動を吸収・減衰するためのスプリング組立体およびダンパー機構に関する。
車両のクラッチディスク組立体、フライホイール組立体、トルクコンバータのロックアップクラッチ等のダンパー機構には、捩り振動を吸収・減衰するためにスプリング組立体が設置されている。スプリング組立体は、入力側回転部材および出力側回転部材を円周方向において弾性的に連結するように配置されている。このスプリング組立体は、入力側回転部材と出力側回転部材とが相対回転することで、両部材間で回転方向に圧縮される。そして、このようなスプリング組立体と、相対回転時に摩擦抵抗を発生する摩擦抵抗部とを用いることによって、入力側回転部材に入力された捩り振動が吸収・減衰される。
このようなスプリング組立体として、コイルスプリングが二重に配置された親子ばねを用いたものが知られている。（特許文献１参照）。親子ばねを用いたスプリング組立体は、外側コイルスプリングと、外側コイルスプリングの内部に配置される内側コイルスプリングと、を有している。この場合は、両コイルスプリングが圧縮されることによって、単体の場合と比べて剛性が高くなり、発生する荷重も大きくなる。
特開２００４－１８３８７１号公報
特許文献１に記載された親子ばねを用いたスプリング組立体では、内側コイルスプリングの自由長が外側コイルスプリングよりも短く設定されているため、内側コイルスプリングが外側コイルスプリングの内部で回転方向に移動可能になっている。
このような構成では、内側コイルスプリングは、捩り振動によって圧縮される際に遠心力によって外周側に移動することで、外側コイルスプリングの内周面に摺動する。このとき、内側コイルスプリングの摺動により、外側コイルスプリングの内周面が磨耗してしまう。また、摺動によって内側コイルスプリングの端部が外側コイルスプリングの線間に噛み込むと、内側コイルスプリングの両端１巻から３巻が摺れてバリが発生し、バリが異物として摺動部等に混入してしまうおそれがある。
本発明の課題は、外側コイルスプリングの線間と内側コイルスプリングの端部との噛み込みを抑えることにより、内側コイルスプリングの両端１巻から３巻のバリ発生を防止すること、および内側コイルスプリングの摺動による外側コイルスプリングの内周面の磨耗を抑制することにある。
本発明の一側面に係るスプリング組立体は、捩り振動を吸収・減衰するためのものであり、外側コイルスプリングと、外側コイルスプリングの内部に配置される内側コイルスプリングと、を備えている。内側コイルスプリングは、外側コイルスプリングよりも自由長が短く、両端の端面が面取り加工され、かつ両端の少なくとも１巻き目の外径が他の部分の外径よりも小径である。
このため、外側コイルスプリングの線間に内側コイルスプリングの端部が噛み込みにくくなり、内側コイルスプリングの両端１巻から３巻のバリ発生を抑えることができる。
好ましくは、内側コイルスプリングは外側コイルスプリングよりも表面硬度が低い。このスプリングでは、内側コイルスプリングの摺動による外側コイルスプリングの内周面の磨耗を、より抑制することができる。
本発明の別の側面に係るスプリング組立体は、捩り振動を吸収・減衰するためのものであり、外側コイルスプリングと、外側コイルスプリングの内部に配置される内側コイルスプリングと、を備えている。内側コイルスプリングは外側コイルスプリングよりも表面硬度が低い。このため、内側コイルスプリングの摺動による外側コイルスプリングの内周面の磨耗を抑制することができる。
好ましくは、内側コイルスプリングは、両端の複数巻きの外径が、両端に行くにしたがって小さくなっている。このため、よりいっそう噛み込みや磨耗を抑制することができる。
本発明の一側面に係るトルクコンバータのロックアップ装置は、フロントカバーからの動力を、タービンを含むトルクコンバータ本体を介してトランスミッションの入力軸に伝達する装置であり、フロントカバーからの動力が入力される入力回転部材と、タービンに連結された出力回転部材と、入力回転部材と出力回転部材との間に設けられたクラッチ部と、以上のスプリング組立体と、を備えている。スプリング組立体は、入力回転部材と出力回転部材とを回転方向に弾性的に連結する。
以上のような本発明では、外側コイルスプリングの線間と内側コイルスプリングの端部との噛み込みを抑え、内側コイルスプリングの両端１巻から３巻のバリ発生を防止し、さらに内側コイルスプリングの摺動による外側コイルスプリングの内周面の磨耗を抑制することができる。
本発明の一実施形態が採用されたトルクコンバータの縦断面外略図。 ロックアップ装置の部分平面図。 本発明の第１実施形態によるスプリング組立体の断面図。 図３の拡大部分図。 本発明の第２実施形態によるスプリング組立体の断面図。 本発明の第４実施形態による内側コイルスプリングの断面図。
＜第１実施形態＞
＜トルクコンバータの構成＞
以下、図面に基づいて、本発明にかかるスプリング組立体の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態としてのスプリング組立体を有するトルクコンバータ１の縦断面外略図を示している。図１の左側にエンジン（図示せず）が配置され、図１の右側にトランスミッション（図示せず）が配置されている。図１のＯ－Ｏがトルクコンバータの回転軸線である。
トルクコンバータ１は、トルクコンバータ本体２と、ロックアップ装置３とを有している。トルクコンバータ本体２は、主に、フロントカバー４、インペラー５、タービン６等から構成されている。トルクコンバータ本体２の構成は、従来と同様であるため、簡潔に説明する。
フロントカバー４は、エンジンのクランクシャフトに連結される円板状の部材である。フロントカバー４は、インペラー５とともに、トルクコンバータ１の作動油室を構成している。タービン６は、作動油室内に配置され、インペラー５に対して軸方向に対向して配置されている。タービン６の内周部は、後述するタービンハブ７に連結されている。タービンハブ７はトランスミッションのメインドライブシャフト（図示せず）に連結されている。
タービンハブ７は円筒状の部材である。タービンハブ７は、筒状のボス７ａと、その外周面に形成された円板状のフランジ７ｂとから構成されている。ボス７ａの内周面には、スプライン７ｃが形成されている。スプライン７ｃは、トランスミッション側のメインドライブシャフトとスプライン係合している。
＜ロックアップ装置の構成＞
ここでは、図１を用いて、ロックアップ装置３について説明する。ロックアップ装置３は、フロントカバー４からトルクを機械的にタービン６に伝達しつつ、入力された捩り振動を吸収・減衰するための装置である。すなわち、ロックアップ装置３は、クラッチ機能とダンパー機能とを有している。ロックアップ装置３は、図１に示すように、フロントカバー４とタービン６との間の空間に配置されている。ロックアップ装置３は、主に、ピストン（クラッチ部）１０と、ドライブプレート（入力回転部材）１１と、ドリブンプレート（出力回転部材）１２と、スプリング組立体１３とから構成されている。
ピストン１０は、フロントカバー４とタービン６との間の空間を軸方向に分割するように配置されている。ピストン１０は、環状かつ円板状の部材でありトルクコンバータ１内の油圧の変化によって軸方向に移動可能な部材である。ビストン１０のフロントカバー４側の側面には、環状の摩擦フェーシング１５が固定されている。
摩擦フェーシング１５は、ピストン１０の外周側に設けられ、フロントカバー４の環状かつ平坦な摩擦面４ａに対向している。
ピストン１０の外周側には、軸方向トランスミッション側に延びる外周側筒状部１０ａが形成されている。また、ピストン１０の内周縁には、軸方向トランスミッション側に延びる内周側筒状部１０ｂが形成されている。これにより、ピストン１０は、タービンハブ７に対して軸方向及び回転方向に移動可能となっている。
ドライブプレート１１は、ピストン１０に固定され、スプリング組立体１３を保持するとともに、スプリング組立体１３にトルクを入力する入力部材として機能する。ドライブプレート１１は、環状プレート部材であり、ピストン１０の外周部の軸方向トランスミッション側に配置されている。ドライブプレート１１は、円周方向に並べられた複数のスプリング組立体１３の外周側を支持するための保持部１１ａを有している。保持部１１ａは、ピストン１０の外周側筒状部１０ａの内周側に当接している。さらに、ドライブプレート１１は、各スプリング組立体１３の円周方向両側を支持するための支持部１１ｂ，１１ｃを有している。支持部１１ｂは保持部１１ａの一部を半径方向内側に切り曲げたものである。支持部１１ｃは、ドライブプレート１１の円板状部分から軸方向トランスミッション側に切り起こされた部分である。
ドリブンプレート１２は、スプリング組立体１３からトルクが出力される部材である。ドリブンプレート１２は、環状かつ円板状の部材であり、タービン６とピストン１０との軸方向間に配置されている。ドリブンプレート１２の内周部は、円周方向に並んだ複数のリベット１７によって、タービンハブ７のフランジ７ａに固定されている。ドリブンプレート１２の外周縁には、複数のばね支持爪１２ａが形成されている。ばね支持爪１２ａは、スプリング組立体１３の両端部に当接している。
＜スプリング組立体の構成＞
図２及び図３に示すように、スプリング組立体１３は、外側コイルスプリング２０と、内側コイルスプリング２１と、１対のスプリングシート２２と、を有している。両コイルスプリング２０，２１は、ドライブプレート１１とドリブンプレート１２との間で、弾性部材として機能する。外側コイルスプリング２０は、径方向外方において、円周方向に等間隔に並べて複数配置されている。
内側コイルスプリング２１は、外側コイルスプリング２０の内部に配置されており、外側コイルスプリング２０よりも自由長が短く設定されている。内側コイルスプリング２１の両端面は、図４に一部を拡大して示すように、機械加工により面取り部２１ａが形成され、かつ両端の１巻き目の外径Ｌ１が他の部分の外径Ｌよりも小径になっている。内側コイルスプリング２１は自由状態において、外側コイルスプリング２０内で回転方向に移動可能である。１対のスプリングシート２２は、外側コイルスプリング２０の両端部に配置される。なお、ここでは、外側コイルスプリング２０の両端部に、スプリングシート２２を配置している例を示すが、スプリングシート２２を配置しなくてもよい。
＜スプリング組立体の作動＞
トルクコンバータ１において、ロックアップ状態（クラッチ連結状態）になると、エンジンからのトルクはロックアップ装置３を介してタービンハブ７に伝達される。このような状態において、エンジン側からトルク変動が入力されると、ドライブプレート１１とドリブンプレート１２との間で、スプリング組立体１３が回転方向に伸縮する。このとき、内側コイルスプリング２１は遠心力によって外周側に移動することで、外側コイルスプリング２０の内周面に摺動する。しかし、内側コイルスプリング２１の両端の少なくとも１巻き目の外径Ｌ１が、他の部分の外径Ｌよりも小径であるため、外側コイルスプリング２０の線間と内側コイルスプリング２１の端部との噛み込みを抑えることができる。また、両端の端面に形成された面取り部２１ａによっても、外側コイルスプリング２０の線間と内側コイルスプリング２１の端部との噛み込みを抑制することができる。
＜第２実施形態＞
以下、第２実施形態について説明する。第２実施形態のトルクコンバータ本体の構成は、スプリング組立体の構成を除いて、第１実施形態と同様である。このため、第１実施形態と同様の構成については、説明を省略する。なお、この第２実施形態では、第１実施形態において、コイル外径に差をつけていない構成であり、内側コイルスプリングに形成した面取りを行わなくてもよい。
本実施形態に係るスプリング組立体１３’は、外側コイルスプリング３０と、内側コイルスプリング３１と、１対のスプリングシート３２とを有している。外側コイルスプリング３０は、径方向外方において、円周方向に等間隔に並べて複数配置されている。内側コイルスプリング３１は、外側コイルスプリング３０の内部に配置されており、外側コイルスプリング３０よりも自由長が短く設定されている。内側コイルスプリング３１は自由状態において、外側コイルスプリング３０内で回転方向に移動可能である。１対のスプリングシート３２は、外側コイルスプリング３０の両端部に配置される。なお、ここでは、外側コイルスプリング３０の両端部に、スプリングシート３２を配置している場合の例を示すが、スプリングシート３２を配置しなくてもよい。
ここで、両コイルスプリング３０，３１には熱処理（例えば、浸炭窒化）が施されていて、外側コイルスプリング３０よりも内側コイルスプリング３１の表面硬度を低くすることで、内側コイルスプリング３１の摺動による外側コイルスプリング３０の内周面の磨耗を抑制することができる。
＜第３実施形態＞
以下、第３実施形態について説明する。第３実施形態のトルクコンバータ本体の構成は、第１実施形態のスプリング組立体に、第２実施形態の特徴部分である硬度差をさらに追加して構成したものである。スプリング組立体の構成を除いて、第１実施形態と同様のため、第１実施形態と同様の構成については説明を省略する。外側コイルスプリングと内側コイルスプリングの表面硬度に差を持たせることにより、すなわち、外側コイルスプリングよりも内側コイルスプリングの表面硬度を低くすることで、外側コイルスプリングの内周面の磨耗を防ぎつつ、さらに摺動による噛み込みやバリの発生を抑制することができる。
＜第４実施形態＞
第４実施形態は、第１及び第３実施形態のスプリング組立体において、内側コイルスプリングの構成のみを変更したものである。図６に示すように、内側コイルスプリング４１の両端面は、図６に示すように、機械加工により面取り部４１ａが形成され、かつ両端の複数巻きの外径Ｌ１からＬ３が、両端に行くにしたがって他の外形Ｌよりも徐々に小さくなって形成されている。
ここで、外側コイルスプリングに対して内側コイルスプリングが摺動し、外側コイルスプリングを摩耗させるのは、内側コイルスプリング４１の主に両端部の端面から３巻程度である。そこで、この実施形態では、端面を含む３巻について、両端に行くにしたがって外径が小さくなるようにしている。
以上のような構成により、捩り振動によってスプリング組立体が伸縮される際に、遠心力によって内側コイルスプリング４１が外周側に移動して、外側コイルスプリングの内周面に摺動しても、線間への噛み込み、摩耗をよりいっそう抑えることができる。
［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
１ トルクコンバータ
３ ロックアップ装置
４ フロントカバー
１１ ドライブプレート
１２ ドリブンプレート
１３ スプリング組立体
２０，３０ 外側コイルスプリング
２１，３１，４１ 内側コイルスプリング
２１ａ，４１ａ 面取り

Claims (3)

  1. 捩り振動を吸収・減衰するためのスプリング組立体であって、
    外側コイルスプリングと、
    前記外側コイルスプリングの内部に配置された内側コイルスプリングと、
    を備え、
    前記外側コイルスプリング及び前記内側コイルスプリングには、熱処理が施されており、熱処理を施すことで前記内側コイルスプリングの表面硬度を前記外側コイルスプリングの表面硬度よりも低くし、
    前記内側コイルスプリングは、前記外側コイルスプリングより自由長が短く、自由状態において前記外側スプリングが伸縮する方向に移動可能であり、両端の端面の外周縁部が面取り加工され、かつ両端の少なくとも１巻き目の外径が、他の部分の外径よりも小径である、スプリング組立体。
  2. 前記内側コイルスプリングは、両端の複数巻きの外径が、両端に行くにしたがって小さくなっている請求項１に記載のスプリング組立体。
  3. フロントカバーからの動力を、タービンを含むトルクコンバータ本体を介してトランスミッションの入力軸に伝達するトルクコンバータのロックアップ装置であって、
    前記フロントカバーからの動力が入力される入力回転部材と、
    前記タービンに連結された出力回転部材と、
    前記入力回転部材と前記出力回転部材との間に設けられたクラッチ部と、
    前記入力回転部材と前記出力回転部材とを回転方向に弾性的に連結する請求項１又は２に記載のスプリング組立体と、
    を備えたトルクコンバータのロックアップ装置。
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